Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày đầm nén và thành phần hạt đất đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - VŨ XUÂN CHIẾN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀY ĐẦM NÉN VÀ THÀNH PHẦN HẠT ĐẤT ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2011 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm đề tài vừa qua, nhận nhiều giúp đỡ, cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý dành nhiều thời gian bảo tận tình cung cấp nhiều tài liệu có giá trị Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực hành Khoa Cơ điện Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho thực đề tài Trường Cao đẳng nghề điện xây dựng Tam Điệp hỗ trợ bố trí thời gian để tơi thực đề tài Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên giúp đỡ q trình thực đề tài Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể cá nhân giúp đỡ q báu Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Những kết luận văn tính tốn xác, trung thực chưa có tác giả cơng bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn dẫn nguồn gốc Hà Nội, tháng năm 2011 Tác giả Vũ Xuân Chiến 4 Hình 1.2 Máy đầm rung CS-433E Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo loại đầm rung nhƣ BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn từ 2063kN, cơng suất từ 5-69,4HP; Hình 1.3 Máy đầm rung BW65S Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo loại máy đầm bánh thép VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,…(hình 1.4) có áp lực từ 27-58kG/cm2, cơng suất động từ 58-73HP Các loại máy đầm bánh TS30, TS30H, TS360…, loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV 10, TV40, SV100… có cơng suất từ 50-103HP, lực rung lớn 12-31KN… Hình 1.4 Máy đầm bánh thép Sakai SW800 Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất loại xe lu rung CLG614, CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 có cơng suất 120-175HP, lực rung 135-360kN (hình 1.5) Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ loại đất tính chất học đất làm cơng trình, điều kiện mặt thi cơng tính kỹ thuật thiết bị Kinh nghiệm sử dụng máy đầm lèn đất nhiều nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy [21]: máy đầm tĩnh loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi có cấu tạo đơn giản, suất cao, giá thành tính 1m3 đất đƣợc đầm thấp so với loại đầm khác 8085% khối lƣợng đầm lèn công trình máy đầm tĩnh thực 20-25% khối lƣợng đầm lèn lại máy đầm rung, đầm lực động thực 6 Hình 1.5 Máy đầm chân cừu hãng Liugong Trong máy đầm tĩnh máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến thích hợp để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng bê tơng nhựa, cán mặt cơng trình nhà cửa, đầm loại đất dính, đất lẫn đá nhỏ… Máy lu trơn cịn có nhƣợc điểm đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ lƣợn sóng tiêu hao nhiều công suất Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa giảm theo chiều sâu đầm, nên độ chặt lớp đất phía dƣới khó đạt đƣợc u cầu Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm máy có trọng lƣợng G=3-4 Hiện nay, để tăng hiệu đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm tăng suất ngƣời ta lắp thêm bánh phụ rung động vào máy, phƣơng pháp góp phần làm tăng hiệu đầm nén đất [1] Lu bánh đƣợc sử dụng để đầm nhiều loại đất có đặc điểm khác nhƣ đất khơ cứng, đất có độ ẩm tƣơng đối lớn, đất dính, đất đá dăm… Lu bánh làm việc hiệu chiều dài mặt làm việc lớn 100150m 7 So với loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh có ƣu điểm sau: - Vận tốc làm việc lớn, suất cao; - Nếu bánh lốp bánh cứng phẳng có đƣờng kính tải trọng nhƣ diện tích tiếp xúc bánh lốp nhỏ ứng suất phân bố lên mặt đất, ứng suất lớn đạt 0,197-1,05 Mpa; - Đầm bánh lốp thay ứng suất tiếp xúc lớn cách thay đổi tải trọng áp suất khơng khí lốp cho phù hợp với nhiều loại đất khác nhau; - Chiều dày lớp đất đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc Diện tích tiếp xúc lớn chiều sâu đầm nhỏ Do đó, chiều sâu đầm lu bánh lớn nhiều so với chiều sâu đầm lu bánh cứng đạt tới 3545cm Lu chân cừu: Đặc điểm loại lu phải có nguồn động lực để kéo bánh lu chân cừu Lu chân cừu thƣờng áp dụng nơi mặt thi công rộng, thƣờng dùng cơng trình thuỷ lợi nhƣ đê, kè, đập đảm bảo độ chặt độ ổn định đắp tƣơng đối cao Lu chân cừu có ƣu điểm nhƣ: - Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn áp suất đầm đầu chân cừu tƣơng đối cao; - Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền giá thành đầm nén nhỏ; - Tạo đƣợc mối liên kết tốt lớp đất đầm Bên cạnh đó, lu chân cừu cịn bộc lộ số nhƣợc là: - Tính động kém, vận chuyển gặp nhiều khó khăn; - Khi đầm nén đất dính, dẻo phải đảm bảo độ ẩm qui định chặt chẽ; - Bề mặt lớp đất đầm có độ chặt nhỏ vấu chân cừu sau đầm lại xới lên Mặc dù có nhiều loại máy đầm nén khác đƣợc sử dụng công trình xây dựng nƣớc cơng nghiệp phát triển nhƣng việc nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu Trong năm gần xu hƣớng nghiên cứu chế tạo loại máy đầm nén có suất cao khả làm việc hiệu điều kiện thi công khác Năng suất máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận tốc tăng khối lƣợng phận công tác Theo hƣớng này, chi nhánh Viện nghiên cứu giao thông St.Peterburg (Nga) chế tạo máy đầm bánh có khối lƣợng 36,6 cho phép đầm nén loại đất dính với chiều dày lớp đất 40-45cm, suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng 28 tấn, cho phép đầm loại đất khác với chiều sâu 50cm suất 1200-1400m3/ca Nâng cao hiệu đầm nén máy đầm bánh cách lắp bánh đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều cho phép tăng chiều dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thƣờng, tăng suất ca tới 20-30% Trong cơng trình [13] tác giả Jens Borg Anders Engström nghiên cứu động lực học máy đầm cóc LT70 hãng Svedala Thuỵ Điển xây dựng đƣợc mơ hình động lực học máy đầm cóc thiết lập đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự Nhờ phần mềm Matlab giải đƣợc phƣơng trình chuyển động xây dựng, xác định đƣợc giá trị phần tử phƣơng trình nhƣ độ cứng phần tử đàn hồi, vận tốc, gia tốc làm sơ xác định đƣợc thông số hợp lý máy đầm rung làm việc hiệu với độ ẩm đất nằm giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ dao động lớn A=73mm Trong cơng trình [18] tác giả Balasov V.P Petrovich P.P (Nga) xác định chế độ làm việc hiệu máy đầm rung đầm lèn cơng trình với hỗn hợp xi măng loại đất khác Kết nghiên cứu 10 cho thấy thông số kỹ thuật máy đầm rung đầm lèn đất cát với chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành, thời gian đầm 7s độ chặt đạt đƣợc 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn) Nếu giảm vận tốc di chuyển máy 2,5-1,5 (m/phút) độ chặt tăng lên 0,98-0,99.γct Nếu giảm độ lớn lực kích động xuống 1,5 lần giảm độ chặt khoảng 1% Khi đầm lèn đất đất cát thành phần hạt cát hỗn hợp cát xi măng với hàm lƣợng nhỏ 15% chiều dày 0,25m; đất pha sét với chiều dày nhỏ 0,12m thực lƣợng đầm Độ chặt đất đạt đƣợc khơng thấp 0,98.γct thực đƣợc điều kiện áp suất tĩnh không nhỏ 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s Tỷ lệ lực kích động trọng lƣợng máy đầm rung nằm khoảng 4-6 Độ ẩm đất hợp lý 40-60Hz Trong cơng trình [23] tác giả I.N.Glukhovxev V.G.Xvetkov nghiên cứu ảnh hƣởng loại lực đầm nén đến tính chất vật liệu Kết nghiên cứu cho thấy dƣới tác dụng rung động với tần số f=23Hz, biên độ A=2,5mm gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trƣờng) cho phép làm chặt xi măng độ ẩm tối ƣu đến độ chặt 1,75g/cm3 (0,98.δmax) sau 90s làm việc; tăng thời gian rung không ảnh hƣởng đến độ chặt Khi làm chặt xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lƣợt đầm 6, 8, 18, 24 Kết nghiên cứu cho thấy tăng số lƣợt đầm làm tăng độ chặt nền, sau 24 lƣợt độ chặt đạt 0,99.δmax Trong cơng trình [21] tác giả U.M.Vaxiliev cho yêu cầu độ chặt đƣờng năm gần có xu hƣớng ngày nâng cao địi hỏi chất lƣợng đƣờng ngày cao Nền đƣờng đƣợc đầm nén đến hệ số Ky=1,05-1,10 modun tính tốn đất nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu chuẩn Tƣơng ứng với yêu cầu chiều dày áo đƣờng 11 giảm 30-40% mà chi phí xây dựng áo đƣờng chiếm khoảng 50-70% giá thành đƣờng, cịn chi phí cho việc đầm nén đƣờng chiếm 1,52,5% giá thành đƣờng, từ cho thấy đầm nén với Ky cao tức tăng độ chặt đƣờng đạt hiệu kinh tế cao Để thực đƣợc yêu cầu đề cần phải sử dụng loại máy đầm hạng nặng có khối lƣợng đến 100 phải tạo ứng suất mặt tiếp xúc phận công tác lớn 2-8Mpa Trong cơng trình [36] tác giả I.J.Huxainov I.E.Evgenhev nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng pháp đầm nén đến độ bền đất dính Để xác định đƣợc ảnh hƣởng phƣơng pháp đầm nén đến độ chặt đất phịng thí nghiệm tác giả làm mẫu thí nghiệm từ đất có thành phần sét với thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới hạn dẻo Wp=13,23% Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn γ=1,94g/cm3 Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt phƣơng pháp đầm tĩnh đầm lực động nặng 2,5kg chiều cao 30cm Kết nghiên cứu cho thấy dƣới tác dụng lực động ứng suất đất cao đầm lực tĩnh, dẫn đến liên kết hạt đất bền vững Ngoài nghiên cứu sử dụng máy đầm để làm chặt đất cơng trình mà cịn có nghiên cứu sử dụng máy đầm làm chặt áo đƣờng Trong công trình [35] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho đầm lèn loại vật liệu bào hiệu trạng thái ứng suất đƣợc sinh dƣới tác dụng phận công tác máy đầm gần với ứng suất giới hạn bền vật liệu Trong qúa trình đầm lèn bê tơng asphan, dung trọng (độ chặt) tăng lên đạt đƣợc hệ số dung trọng 0,85-0,96, đồng thời modul biến dạng vật liệu tăng lần, giới hạn bền tăng lên lần Khi giảm  ... bền vững Ngoài nghiên cứu sử dụng máy đầm để làm chặt đất cơng trình mà cịn có nghiên cứu sử dụng máy đầm làm chặt áo đƣờng Trong công trình [35] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho đầm lèn loại vật liệu... máy đầm rung đầm lèn cơng trình với hỗn hợp xi măng loại đất khác Kết nghiên cứu 10 cho thấy thông số kỹ thuật máy đầm rung đầm lèn đất cát với chi? ??u dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc... giảm độ chặt khoảng 1% Khi đầm lèn đất đất cát thành phần hạt cát hỗn hợp cát xi măng với hàm lƣợng nhỏ 15% chi? ??u dày 0,25m; đất pha sét với chi? ??u dày nhỏ 0,12m thực lƣợng đầm Độ chặt đất đạt